证据推理与模型认知----《原子的构成》课例研究

证据推理与模型认知----《原子的构成》课例研究

梁新鹏

哈尔滨市旭东中学校 

一、主题与背景

《原子的构成》一课内容比较抽象，远远脱离学生的生活经验，而教材语言又是以结论性的叙述型语言为主。对于八年级学生，接触化学学科不久，对微观世界相当陌生，因此很难深刻理解，这也成了本节课的教学难点。为了很好地突破教学难点，本课追随着科学家们探索发现原子内部结构的历史脚步，结合教材图表资料，引导学生展开探究性学习活动，启发学生思维，调动学生的兴趣，收到了很好的效果。

二、情景与描述

本节课共设置了“历史上科学家原子结构模型的建立与修正”、“学生认知现代化学原子结构模型”和“ 原子构成基本知识的分析与讲解”三个主要环节

环节一、历史上科学家原子结构模型的建立与修正

导入新课：播放视频——我国原子弹荣耀时刻

师：相信大家对核能并不陌生，从1964年我国第一颗原子弹成功爆炸，到今天核电站、核潜艇的开发利用，彰显了我国在核能研究上的强大实力。为什么核能的能量如此巨大？这要从小小的原子内部神秘的结构说起。

师：通过前面的学习，你对原子有哪些认识？

生1：原子可以直接构成物质，也可以先形成分子再构成物质。

生2：原子是化学变化中的最小粒子。

生3：在化学变化中，分子可以分为原子，原子可以构成新的分子

师：刚刚有同学说原子是化学变化中的最小粒子，那么原子是最小的粒子吗？

生：不是，刚刚原子弹爆炸的视频应该能说明原子是可以再分的，

师：这位同学的知识很渊博，说得很好，那么同学们你想像中的原子应该是什么样子的？请大家在学案中画出

生：学生画出自己想象中原子的样子，展示自己的作品

师：原子真的是大家刚刚画出的样子吗？现在就让我们一起追寻着科学前辈们的足迹，回顾历史，认识原子的构成

PPT展示：19世纪初（1803年），英国科学家道尔顿提出近代原子论，他认为原子是微小的不可分割的实心球体。

PPT展示：英国物理学家汤姆生在1897年发现了电子，电子是一种带负电、有一定质量的微粒，存在于各种原子之中；由此他认为：原子并不是不可再分的最小微粒，原子像一个西瓜，其中西瓜肉带正电，带负电的电子就像西瓜子一样镶嵌在西瓜肉中，故名“西瓜模型”或“枣糕模型”。

PPT展示：1911年，英国物理学家卢瑟福为了验证恩师汤姆生的原子模型进行了著名的α粒子（α粒子是一种质量比电子大很多且带正电荷的微粒）散射实验；但卢瑟福和他的助手们用α粒子束轰击金箔（非常薄）时却发现了不一样的“原子的秘密” 。

师：卢瑟福究竟发现了什么不一样的“原子的秘密”，他是如何实验的呢？为了说明问题，更好的理解实验，我们先做一个类比实验，老师手中有一个暗箱，在不破坏暗箱的条件下，为了知道暗箱内是否有物体，你有什么探测的方法?

生1：用手摇，若有声音，则有物体。

生2：用强光手提灯照射，若另一端观察到影子，则有物体。

师：哪种方法更好?

生：用灯光照射更好，大家都能看见，还能知道物体的形状。

教师操作：教师出示手机闪光灯，让学生照射半透明膜，观察另一段出现的现象。

PPT展示：卢瑟福进行了类似暗箱猜物的实验，他用准直的α粒子束轰击厚度在微米级别的金箔，并用荧光屏记录了α粒子通过金箔后射出到荧光屏的情况，以此来探究原子的构成情况，来验证恩师汤姆生的西瓜原子模型。

师：若与强光照射暗箱相类比，金箔、α粒子源、α粒子束以及α粒子通过金箔后射出到荧光屏的情况分别类似于暗箱猜物实验中的什么内容?

生1： 金箔类似于暗箱；

生2：α粒子源类似于闪光灯；

生3：α粒子束类似于闪光灯产生的光束；

生4：α粒子通过金箔后射出到荧光屏的情况类似于半透明膜上的影子。

播放视频：α粒子束轰击金箔实验（散射实验）

师：上述视频，你观察到的现象是什么？如果你是卢瑟福，能得出什么结论？

生1：大多数α粒子 能穿过金箔且不改变 原来的前进方向；

生2：极少数的α粒 子被反弹了回来；

生3：一小部分的α粒子方向发生了偏转；

师：同学们的观察能力和总结能力都很厉害，根据同学们的描述，我们可以知道，原子内部大部分是空的；原子内部存在着一个质量大，但体积却很小的核；这个原子核应该是带正电的。接下来我们观看一下α粒子射入金箔内部的微观动画，看看我们的结论是否正确？

播放视频：卢瑟福散射实验（微观模拟）

PPT展示：卢瑟福提出：原子是由居于原子中心的带正电的原子核和核外带负电的电子构成。原子核的质量几乎等于原子的全部质量，电子在原子核外绕核做高速运动，就像行星环绕太阳运转一样，因此又被叫做行星模型

师：卢瑟福本想验证恩师汤姆生的观点，没想到却证明恩师的观点是错误的，你估计卢瑟福当时的心情如何?若是你，你将会怎么办?

生1：惊奇，再次实验。

生2：兴奋，修改汤姆生的观点。

。。。。。。

师：同学们对真理的追求意识都很强，其实卢瑟福的行星模型也有不足之处，科学家在他的基础上又提出了更科学的原子模型，但是目前科学家探究原子的构成依然还是通过“轰击” 、“打靶”来了解原子的，当然最好的办法就是就是打开原子，直接观察。

教师操作：教师用力击穿暗箱半透膜，取出里面的物品，打开卷轴，展示在同学们面前。

生：齐读：“吾爱吾师、吾更爱真理”。

师：希望同学们能像卢瑟福一样，做一个敢于追求真理的人；也希望同学们有一天可以做那个打开原子的人。

环节二、学生认知现代化学原子结构模型

师：那么原子到底什么样子呢？其实和卢瑟福所发现的差不多，请看下面的动画。

动画播放：介绍原子的基本构成

学生填写学案：

PPT展示：原子的体积很小。如果将一个原子跟一个乒乓球相比，就相当于将一个乒乓球跟地球相比。

PPT展示：在原子中，原子核所占体积很小，核外电子运动的范围很大，电子就在这个空间里作高速的运动

师：现在同学们已经对原子基本结构有了一定的认识，下面我们一起来做一下练习

练习：如果经过测定，一个原子核内有六个质子 ①这个原子的质子数（质子的个数）是多少？ ②这个原子的原子核所带的正电荷数是多少？

生1：这个原子的质子数，也就是质子的个数应该是6。

生2：这个原子的原子核所带的正电荷数是6

师：同学们回答的非常正确，这是一道简单的习题，我们通过这个练习可以认识到原子的原子核所带的正电荷数其实就是质子数，原子核所带的正电荷数我们又叫做核电荷数，所以我们说核电荷数就是质子数，这是我们学习原子构成的一个基本概念。

环节三、原子构成基本知识的分析与讲解

师：接下来我们将对原子构成的基本知识进行分析与学习，请同学们仔细阅读并分析教材53页， 表3-1，同时回答下列问题：

（1）原子是否显电性？为什么？

（2）同种原子的质子数与核外电子数，质子数与中子数在数量上有何关系?

（3）所有原子都是由质子、中子、电子构成的吗?

（4）不同种类的原子之间有哪些区别？

生1：原子不显电性： 原子核内质子所带电荷与核外电子的电荷数量相等，电性相反

生2：在原子中，质子数=核电荷数=核外电子数；质子数不一定等于中子数

生3：不是所有的原子都有中子 （有的氢原子没有中子）

生4：不同种类原子的本质区别是：原子核内的质子数不同。即原子核内的质子数决定了原子的种类

三、问题与讨论

本课在设计之初打算将三位科学家认知原子结构的历史交代清楚后，直接通过动画给出正确的原子模型，并没有安排卢瑟福的α粒子散射实验的探究和分析过程，这样做虽然可以让学生认识到原子的构成，但是不利于培养学生的证据推理与模型认知能力，为了更好的体现化学学科的核心素养，在二次备课中加入了卢瑟福的α粒子散射实验的探究和分析过程，同时为了降低难度，又设置了一个简单的类比实验，让学生将抽象的内容具体化，深刻体会科学探究问题的方法，加深对原子构成的认知；在卢瑟福的α粒子散射实验的分析过程中，可能是因为实验较为抽象，也可能是因为学生比较内向，有导致些学生的参与度并不是很高，我认为可以通过一些实际行动来调动学生的参与度，比如：（1）鼓励学生积极思考，提出自己的想法。（2）可以安排学生分组讨论，共同完成。（3）安排小组代表公开展示其讨论成果并解释等

四、课后反思

在教学时教师不仅要关注学生学科知识的掌握，更要关注学生通过以上的探索和学生亲历，形成分析问题、收集证据解决问题的思路。培养学生的证据意识，推理、想象和建立模型的能力，提高科学素养。问题探究是培养化学核心素养中“证据推理与模型认知”的主要手段。通过真实的化学情景，精心设计问题和学生活动，重复展开讨论，培养学生收集并丰富证据，依据证据进行推理和修正科学模型，养成良好的科学思维，真正做到像科学家那样思考，像科学家那样探索，知识能力方法并重，动手动脑趣味无穷，让科学成为习惯。

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